ดวงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ คือลูกแก๊สร้อนขนาดยักษ์ที่สร้างพลังงานเองได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในแกนกลาง มีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 1.39 ล้านกิโลเมตร หรือราว 109 เท่าของโลก และมีมวลราว 333,000 เท่าของโลก คิดเป็นราว 99.8% ของมวลทั้งระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ทุกดวงรวมกันจึงเป็นเพียงเศษเล็ก ๆ ที่โคจรอยู่รอบ ๆ

ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกเฉลี่ยราว 149.6 ล้านกิโลเมตร ระยะนี้ใช้เป็นหน่วยวัดเรียกว่า 1 หน่วยดาราศาสตร์ (au) แสงจากดวงอาทิตย์ใช้เวลาราว 8 นาที 20 วินาทีกว่าจะถึงโลก ดวงอาทิตย์มีอายุราว 4,600 ล้านปี และอยู่ในช่วงกลางของชีวิต

ดวงอาทิตย์ทำมาจากอะไร

โดยมวล ดวงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนราว 73% ฮีเลียมราว 25% ที่เหลือเป็นธาตุหนักกว่าเล็กน้อย เช่น ออกซิเจน คาร์บอน และเหล็ก ดวงอาทิตย์ไม่มีผิวแข็ง สิ่งที่เราเห็นเป็น "ผิว" คือชั้นโฟโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นที่แสงหลุดออกสู่อวกาศได้

โครงสร้างจากในสู่นอก

• แกนกลาง ร้อนราว 15 ล้านเคลวิน ความดันสูงมากจนนิวเคลียสไฮโดรเจนหลอมรวมกันเป็นฮีเลียมได้ ทุกวินาทีมวลราว 4 ล้านตันถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน
• เขตการแผ่รังสี พลังงานค่อย ๆ ถูกส่งออกมาด้วยแสงที่ถูกดูดกลืนและปล่อยออกซ้ำนับครั้งไม่ถ้วน กว่าพลังงานจะผ่านชั้นนี้ไปได้ใช้เวลานับหมื่นถึงนับแสนปี
• เขตการพาความร้อน แก๊สร้อนลอยขึ้นและแก๊สที่เย็นลงจมลง คล้ายน้ำเดือดในหม้อ เห็นเป็นลายเม็ดข้าว (granulation) บนผิว
• โฟโตสเฟียร์ ผิวที่เรามองเห็น อุณหภูมิราว 5,800 เคลวิน
• โครโมสเฟียร์และคอโรนา บรรยากาศชั้นนอก คอโรนาร้อนถึงราว 1 ถึง 3 ล้านเคลวิน ร้อนกว่าผิวมาก ซึ่งยังเป็นปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาอยู่ เห็นได้ด้วยตาเปล่าเฉพาะตอนสุริยุปราคาเต็มดวง

พลังงานมาจากไหน

ในแกนกลาง นิวเคลียสไฮโดรเจนสี่ตัวหลอมรวมกันเป็นฮีเลียมหนึ่งตัวผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่โปรตอน-โปรตอน ผลที่ได้คือฮีเลียม โพซิตรอนสองตัว นิวทริโนสองตัว และพลังงานราว 26.7 MeV

ฮีเลียมหนึ่งตัวเบากว่าไฮโดรเจนสี่ตัวราว 0.7% มวลส่วนที่หายไปกลายเป็นพลังงานตามสมการ E = mc² จากกำลังส่องสว่างของดวงอาทิตย์ หาได้ว่าแต่ละวินาทีมวลหายไปเท่าไร

ราว 4 ล้านตันต่อวินาทีดวงอาทิตย์เสียมวลไปแบบนี้ราว 4 ล้านตันทุกวินาที แต่ดวงอาทิตย์หนักมากจนตลอดอายุสิบพันล้านปี มันเสียมวลไปด้วยวิธีนี้ไม่ถึง 0.1% ปฏิกิริยานี้ยังปล่อยนิวทริโนออกมาจำนวนมหาศาล ซึ่งทะลุออกจากดวงอาทิตย์ได้ทันทีและมาถึงโลกในราว 8 นาที บอกเราได้ว่าแกนกลางกำลังทำงานอยู่ในตอนนี้

พลังงานที่มาถึงโลก

พลังงานของดวงอาทิตย์กระจายออกไปทุกทิศเป็นทรงกลม ที่ระยะโลก ทุกตารางเมตรที่หันตั้งฉากกับแสงจึงได้รับพลังงานราว 1,361 วัตต์

ค่านี้เรียกว่าค่าคงที่สุริยะ เปลี่ยนไปเพียงราว 0.1% ตามวัฏจักรสุริยะ ผิวดวงอาทิตย์อุณหภูมิราว 5,772 เคลวิน ตามกฎของวีน แสงที่เข้มที่สุดจึงอยู่ที่ความยาวคลื่นราว 500 นาโนเมตร

ซึ่งเป็นแสงสีเขียวอมฟ้า แต่ดวงอาทิตย์ปล่อยแสงทุกสีออกมามากพอ ๆ กันรอบจุดนั้น ตาเราจึงเห็นรวมกันเป็นสีขาว ไม่ใช่สีเขียว

ดวงอาทิตย์ไม่เคยนิ่ง

ดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองไม่เท่ากันทั้งดวง บริเวณเส้นศูนย์สูตรหมุนครบรอบราว 25 วัน แต่บริเวณขั้วใช้ราว 35 วัน การหมุนแบบนี้บิดสนามแม่เหล็กจนเกิดจุดมืด ซึ่งเป็นบริเวณที่เย็นกว่ารอบข้าง และเกิดเปลวสุริยะกับการปลดปล่อยมวลคอโรนา จำนวนจุดมืดขึ้นลงเป็นวัฏจักรราว 11 ปี อนุภาคที่ไหลออกจากดวงอาทิตย์ตลอดเวลาเรียกว่าลมสุริยะ เมื่อมาถึงโลกจะทำให้เกิดแสงออโรราที่ขั้วโลก

ยานที่ไปใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด

ยาน Parker Solar Probe ของ NASA ส่งขึ้นในปี ค.ศ. 2018 เพื่อศึกษาว่าทำไมคอโรนาจึงร้อนจัดและลมสุริยะถูกเร่งได้อย่างไร มันใช้แรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์ช่วยลดวงโคจรลงทีละน้อย จนเมื่อวันที่ 24 ธันวาคม ค.ศ. 2024 ผ่านเข้าใกล้ผิวดวงอาทิตย์เพียงราว 6.1 ล้านกิโลเมตร ด้วยความเร็วราว 690,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นวัตถุที่มนุษย์สร้างซึ่งเร็วที่สุดเท่าที่เคยมี แผงกันความร้อนคาร์บอนหนาราว 11 เซนติเมตรด้านหน้าร้อนเกินหนึ่งพันองศาเซลเซียส แต่อุปกรณ์ด้านหลังยังอยู่ที่ราวอุณหภูมิห้อง ส่วนยาน Solar Orbiter ของ ESA ถ่ายภาพขั้วของดวงอาทิตย์ได้เป็นครั้งแรก

อนาคตของดวงอาทิตย์

ในอีกราว 5,000 ล้านปี ไฮโดรเจนในแกนจะหมด ดวงอาทิตย์จะขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง อาจกลืนดาวพุธและดาวศุกร์ จากนั้นจะปล่อยชั้นนอกออกเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ และเหลือแกนเป็นดาวแคระขาวขนาดราวโลกที่ค่อย ๆ เย็นลง ดวงอาทิตย์มีมวลน้อยเกินกว่าจะระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา